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偉創(chuàng)AC80矢量型變頻器在卷揚機上的應用

一、前言

    卷揚機又叫絞車，由人力或機械動力驅動卷筒、卷繞繩索來完成牽引工作的裝置。垂直提升、水平或傾斜拽引重物的簡單起重機械。分手動和電動兩種。

    電動卷揚機由電動機、聯(lián)軸節(jié)、制動器、齒輪箱和卷筒組成，共同安裝在機架上。對于起升度高和裝卸量大，工作繁忙的情況下，要求調速性能好，特別要空鉤能快速下降。對安裝就位或敏感的物料，要能以微動速度下降。

    卷揚機包括，電動卷揚機，建筑卷揚機，微型卷揚機主要產品有：JM電控慢速大噸位卷揚機、JM電控慢速卷揚機、JK電控高速卷揚機、JKL手控快速溜放卷揚機、2JKL手控雙快溜放卷揚機、電控手控兩用卷揚機、JT調速卷揚機等，僅能在地上使用，可以通過修改用于船上。它以電動機為動力，經彈性聯(lián)軸節(jié)，三級封閉式齒輪減速箱，牙嵌式聯(lián)軸節(jié)驅動卷筒，采用電磁制動。卷揚機產品通用性高、結構緊湊、體積小、重量輕、起重大、使用轉移方便，被廣泛應用于建筑、水利工程、林業(yè)、礦山、碼頭等的物料升降或平拖，還可作現(xiàn)代化電控自動作業(yè)線的配套設備。

二、傳統(tǒng)卷揚機的控制方式

    卷揚提升機的工作特點是：啟動速度慢，轉矩大，加速平滑，停車平穩(wěn)、準確。傳統(tǒng)的調速方法是：采用繞線轉子異步電動機，通過集電環(huán)和碳刷在轉子回路中串入若干段電阻，由接觸器控制接入電阻的多少來控制轉速。

但存在以下缺點：

（1）串聯(lián)電阻調速，其調速變化呈跳躍狀，使得減速機齒輪、天輪、中輪、料車與斜橋導軌之間，在加減速運行階段均受到沖擊力的作用，設備易損壞，鋼絲繩易疲勞，導致維修量大，檢修費用增加。

（2）串聯(lián)電阻調速范圍小，使得料車速度呈突變，減速后停車時仍有較高轉速，對制動器和限位開關的調整精度要求高，且容易發(fā)生越位及掉道事故而影響生產。

（3）串聯(lián)電阻調速，使得料車起動及減速時，大部分電能消耗在電阻器上；當電動機在電壓下降時，力矩下降，轉差率增大，嚴重時，料車無法啟動，易于產生事故。

（4）能耗高，低速機械特性軟。因為轉速的降低是通過轉子外接電阻消耗能量來實現(xiàn)的，并且轉速越低，機械特性越軟，消耗在電阻中能量比例越大，極不經濟，而且電網(wǎng)電壓的高低對速度影響很大。

附表：轉子串電阻調速與變頻調速的比較

三、 AC80 矢量變頻器卷揚機控制方案

      偉創(chuàng) AC80 矢量型變頻器采用全球領先的矢量控制算法，把電機定子電流按坐標變換分解為轉矩電流分量和勵磁電流分量，從而實現(xiàn)精確的轉矩控制。與 V/F 控制算法相比具有低頻力矩特性好，動態(tài)響應特性好，速度控制精度高等優(yōu)點。

當變頻器有 0.50Hz 輸出時即有 180% 以上的高起動轉矩，保證懸空起動及低速運轉時的電機力矩，并可在  1:50 的速度范圍內（ 1 ～ 50Hz ）以 100% 轉矩連續(xù)運行。速度調速偏差小于 ±1% 。并利用一個高速微處理器和最新一代 DSP 來提高響應速度，在提升設備中對防止 “ 滑落 ” 很有效果，轉矩響應時間約 0.1 秒便可達到 150% 的轉矩。下落時，變頻器將受到較高電勢的能量釋放過程，為保證變頻器不過壓跳閘不被擊壞，需增設能耗制動單元來保證變頻器的正常工作。進行制動時制動電阻與電機內部的有功損耗部分結合成制動轉矩。

1 ）傳統(tǒng)控制的變頻改造

 1 、短接繞線電機轉子繞組，取消原串電阻調速方案；也可設計切換回路，將原串電阻調速方案作為備用方案。

 2 、將電機抱閘系統(tǒng)獨立供電，由變頻器輔助控制。

 3 、將原調速裝置改造，使其可以控制變頻器速度。

 4 、將變頻器故障保護信號串入安全回路。

該方案改造簡單設備投資少，可以很好的利用原控制系統(tǒng)，且不改變操作工人的操作習慣。它適合控制系統(tǒng)較完善的卷揚機系統(tǒng)變頻改造。

2 ）成套卷揚機變頻控制系統(tǒng)

 1 、采用 AC80 矢量型變頻器作為調速系統(tǒng)核心，采用 PLC 作為控制系統(tǒng)核心。

 2 、根據(jù)配置不同可設計多種保護。且可按需要靈活定制控制系統(tǒng)。

根據(jù)卷揚機工藝控制要求及信號系統(tǒng)發(fā)出的信號指示，控制卷揚機的啟動，加速運行，減速，停車等過程，運行平穩(wěn)可靠。

 (1) 實現(xiàn)卷揚機的行程監(jiān)視和位置閉環(huán)控制，具有完善的深度和速度顯示及控制功能。

 (2) 實現(xiàn)卷揚機主回路控制器件真空化和無觸點化的要求，采用 PLC 控制，硬件配置簡單，軟件編程靈活，調試方便且維護量小。同時具有良好的閉環(huán)性能。

 (3) 提高卷揚機運行的安全可靠性和控制技術水平，對降低設備故障率，提高生產效率，減輕操作人員的勞動強度發(fā)揮著重要作用。

 (4) 安全保護及聯(lián)鎖功能。安全回路閉鎖了卷揚機的運行條件，只有當外部設備運行正常，具備開車條件后，才允許卷揚機運轉，安全回路閉鎖了卷揚機的全部重故障保護信號，故障一旦發(fā)生，卷揚機立即進入緊急制動；排除故障后方可繼續(xù)運行。

（5） 完善的綜合后備保護功能。

（ 6 ）利用光電編碼器實現(xiàn)對卷揚機的運行速度及位置的數(shù)字化檢測和控制，提高系統(tǒng)控制精度以及可靠性。

（ 7 ）安全回路雙冗余，至少有一路軟件安全回路，一路硬件安全回路。

（ 8 ） PLC 本身故障如“死機”“電池電壓低”“數(shù)據(jù)傳送錯誤”應能可靠檢測出來并采取相應的保護措施。

（ 9 ）一路速度檢測及深度檢測有問題而另一路正常情況下應能用 PLC 進行限速開車。

（ 10 ）自動發(fā)送位置信號，如減速、停車、定點、過卷信號等；重要的點如減速、過卷有兩路以上共同起作用。

（ 11 ）速度、深度有完全獨立的兩路并進行相互比較，比較時間間隔不大于 1 秒，速度、深度不正確的情況下會立即采取必要的防止事故擴大的措施。

四、結束語

      偉創(chuàng) AC80 矢量變頻器以其優(yōu)異的性能，大大的提高了傳統(tǒng)卷揚機運行穩(wěn)定性和安全性，減少了設備的維護工作。偉創(chuàng)電氣為卷揚機定制的控制系統(tǒng)集合了眾多安全技術和自動控制功能，為卷揚機設備廠家提供了全套電控解決方案，也可使老舊的卷揚機煥發(fā)青春。自推出使用以來，獲得了用戶的一致好評，也解決了眾多機械廠家電控落后的問題，取得了良好的社會效益和經濟效益。